应用光学〔第三章〕.ppt

第三章 平面与平面系统 平面镜棱镜在光学系统中的作用 改变共轴系统的光轴方向（减少体积和减轻重量） 改变像的方向 利用平面镜转动作用扩大仪器的放大率 改变观察方向扩大仪器的观测范围 实现分光、合像和微位移 一、单平面镜的成像特性 一、单平面镜的成像特性 一、单平面镜的成像特性 一、单平面镜的成像特性 平面镜能使整个空间任意物点理想成像；物点和像点对平面镜而言是对称的； 物和像大小相等，但形状不同； 凡一次镜面反射或奇次 镜面反射像被称为镜像； 二、双平面镜的成像特性 凡一次镜面反射或奇次镜面反射像被称为镜像； 凡二次镜面反射或偶次 镜面反射像被称为一致像 三、平面镜的旋转及其应用 平面镜的旋转与平移效应 平面镜的旋转与平移效应 β角与I角的大小无关，只取决于两平面镜夹角的大小θ 当双平面镜绕棱线转动时，只要保持θ角不变，二次反射像是不动的， 即出射光线的方向不变，但光线位置要产生平行位移。 双平面镜具有以下成像性质： 二次反射像的位置应在物体绕棱线（P点）转动2θ角处，转动方向应是反射面按反射次序，由P1转到P2的方向。 二次反射像与原物坐标系相同，成一致像。 位于主截面（两平面镜的公共垂直面）内的光线，不论入射光线方向如何，出射光线的转角永远等于两平面镜夹角的两倍。 第二节 平行平板 由两个相互平行的折射平面构成的光学元件称为平行平面板。 用棱镜来代替平面镜，就相当于在光学系统中多加了一块平行平面板。 如标尺、刻有标志的分划板、补偿板、滤光镜、保护玻璃等等 下面讨论光线经过平行平面板的折射情况 假定平行平面板位于空气中 应用折射定律 平板的两面是平行的 平行平面板的出射光线BS′ 和入射光线SA是平行的 BS′ 相对于SA平行移动了一距离BD = Z 平行平面板的厚度为d，由ΔABD和ABC得 光线移动的距离随入射角的不同而不同 同样也随平板的厚度不同而变化 如果是在近轴区，上式可以写为 如果d、n是常数，因此 z 和 i1 成正比。 平行平面板的这一性质使它在测微机构的读数系统中得到应用。 经过平行平面板后的出射光线和入射光线在光轴方向上有一位移ΔL′。 上式表明，ΔL′因不同的I1值不同而不同 即从具有不同入射角的各条光线经平行平面板折射后，具有不同的轴向位移量， 这就说明，同心光束经平行平面板后变为非同心光束，成像是不完善的。 也可以看出平行平面板的厚度d 愈大，成像不完善程度也愈大。 如果入射光束孔径很小，即为近轴光束成像，则因I1较很小， 可见对于近轴光线而言，其轴向位移只和平行平面板的厚度d及玻璃折射率n有关，而与入射角i无关。 因此，物点以近轴光经平行平面板成像是完善的 第三节 反射棱镜 主要讲述把多个反射面集成在同一块光学材料上的情况 一、基本定义 一、基本定义 一、基本定义 屋脊面的作用： 在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下，增加一次反射，使系统总的反射次数由奇数变成偶数，从而达到物像相似的要求。 屋脊棱镜的平面表示方法 普通棱镜和复合棱镜等。 普通棱镜：简单棱镜、屋脊棱镜等。 利用法则来确定 （主要确定Z′、Y′方向） 即物空间为右手坐标 先看几个普通棱镜： 这主要看棱镜的反射次数 偶次反射成一致像，由右手坐标确定其成像方向； 奇次反射成镜像，由左手坐标确定其成像方向。 （二）二次反射棱镜 （三）三次反射棱镜 角锥棱镜 2、当光线以任意方向从底面入射，经过三个直角面依次反射后，出射光线始终平行于入射光线。 3、当角锥棱镜绕其顶点旋转时，出射方向不变仅产生一个平移。 必须指出： 反射棱镜主要利用全反射原理反射光线 并不是所有反射棱镜的反射面都满足全反射条件 凡遇到这种反射面，都必须镀上反射膜 再来看看复合棱镜 （f）双像棱镜 (c)半五角棱镜 x y z x′ y′ z′ （d）斜方棱镜 x y z x′ y′ z′ 以上几种棱镜两反射面之间的夹角有为：22.5°、30 ° 、45 ° 、90 °和180 °。 也使光线折转45 ° 、60 ° 、90 ° 、190 °和360 °。 　 其中：五角棱镜和直角棱镜多用于显微镜观察系统，使光线折转，便于观察。 　　斜方棱镜使光轴平移，多用于双目镜仪器中，调节目距。 二次反射成像的特点： 　 成一致像； 　 入射光线与出射光线之间的夹角取决于两反射面之间的夹角。 x y z 斯密特棱镜 其特点是：光路在棱镜中的光路很长，可以折叠光路，使仪器紧凑。 入射光线与出射光线之间的夹角为45° x′ z′ y′ 反射棱镜的作用之一 潜望镜光路图 1—旋转直角棱镜 2—物镜 3—场镜 4—透镜转像 5—道威棱镜 6—直角棱镜